친환경 프로판 생산으로 탄소 순환 종료

과학 기술

지난 3세기 동안, 특히 18세기 후반과 19세기 산업혁명 이후 인간 활동으로 인해 지구 대기의 온실가스 수준이 크게 증가했습니다. 주요 원인은 화석 연료 소비, 산업 공정, 삼림 벌채 및 폐기물 관리입니다.

이에 대응하여 미국은 2030년까지 온실가스 배출량을 2005년 수준에서 50~52%까지 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 계획은 2050년까지 온실가스 순배출 제로를 달성하려는 전 세계적인 노력과 일치합니다. 미국 이산화탄소(CO2) 배출량의 절반을 차지하기 때문에 이러한 영역에서 해결책을 찾는 것이 필수적입니다.

이제 Nature Energy에 발표된 논문에서 펜실베니아 대학, 일리노이 공과 대학, 시카고 일리노이 대학의 연구원들은 CO2 배출을 더 깨끗하고 더 많은 에너지를 제공하는 프로판(C3H8)으로 변환할 수 있는 시스템을 개발했습니다. 밀도가 높은 연료원.

"CO2의 전기화학적 전환은 재생 가능 에너지를 저장하고 인위적 탄소 순환을 닫음으로써 미래의 에너지 수요를 충족할 수 있습니다."라고 펜실베니아 예술 과학 대학의 공동 저자인 Andrew Rappe는 말합니다. "이 연구는 에너지 저장 문제를 해결하고 CO2 수준을 의미있게 줄이는 새로운 솔루션의 길을 열었습니다."

공동 저자인 Illinois Institute of Technology의 Mohammad Asadi는 “재생 가능한 화학 물질을 제조하는 것은 정말 중요합니다.”라고 말합니다. "현재 우리가 매일 사용하는 화학 물질을 잃지 않고 탄소 순환을 닫는 가장 좋은 방법입니다."

구리는 전통적으로 환경에 미치는 영향을 억제하고 새로운 에너지 저장 솔루션을 제공하기 위해 CO2를 귀중한 화학 물질 및 연료로 변환하는 효율적인 방법을 연구하는 연구자들이 선호하는 요소였습니다. 그러나 생산된 연료는 메탄과 같은 저에너지 밀도의 단일 탄소 화합물이었습니다.

"C3H8과 같은 에너지 밀도가 높은 다중 탄소 제품을 얻는 것은 화학 전환 과정 전반에 걸쳐 형성되는 많은 중간체로 인해 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다"라고 논문의 공동 제1저자이자 The Rappe Group의 전 박사후 연구원인 Zhen Jiang은 설명합니다. "게다가 다중 탄소 분자에 대한 재료의 선택성을 높이는 대부분의 전략은 에너지 비용이 많이 드는 경향이 있습니다."

Jiang은 팀이 구리와 같은 기존 촉매와 다중 탄소 제품에 대한 적당한 선택성 또는 느린 동역학을 뛰어넘는 방법을 모색했으며 이온성 액체(IL)를 촉매 시스템에 추가하는 방법을 조사했다고 말했습니다. 이로 인해 팀은 촉매 물질로 삼몰리브덴 인화물(Mo3P)을 살펴보게 되었습니다.

“이론적 시뮬레이션을 바탕으로 우리는 IL 층이 Mo3P 촉매 표면에서 반응하는 동안 CO2와 후속 그룹의 부착을 향상시켜 표면을 따라 여러 위치에서 중간체를 안정화하여 91%의 비교할 수 없는 효율성으로 C3H8을 생성할 수 있음을 발견했습니다. "라고 Jiang은 말합니다.

연구팀은 또한 이 핵심 발견이 전기촉매 시스템에서 재료 간의 관계를 탐구하기 위한 새로운 패러다임을 가져왔다고 지적했습니다.

전통적으로 고체 촉매와 반응 전반에 걸쳐 이온 전달을 연결하는 수용액은 경계면에서 상호 촉진이 덜한 것으로 작용했다고 Jiang은 말했습니다. "그러나 이제 우리는 고체 촉매에 IL 코팅과 같은 기술을 통해 하이브리드 접근 방식을 적용하고 촉매의 미세 환경에 대한 새로운 이해를 통해 이전에 시도된 시스템을 재검토할 수 있습니다."

앞으로 연구원들은 이 연구를 두 가지 방법으로 구축할 계획입니다. 하나는 이온성 액체 카탈로그와 연료 생성 촉매 및 기타 전기화학 시스템에서의 효율성을 개발하는 것입니다. 둘째, CO2를 연료 가스에서 탄소 원자가 더 많은 경유로 에너지 밀도가 더 높은 연료원으로 전환하기 위한 새로운 촉매를 조사합니다.

Rappe는 “이 연구를 고중량 탄화수소로 확장하면 이전 연료 연소로 생성된 CO2에서 직접 천연 가스, 프로판, 가솔린, 심지어 제트 연료까지 생성하여 탄소 순환을 닫을 수 있습니다. 이런 식으로 동일한 탄소 원자는 에너지를 계속해서 저장하고 대기 중으로 방출하지 않습니다.”